.. note:: こんにちは！SunFounder Raspberry Pi & Arduino & ESP32 愛好者コミュニティ（Facebook）へようこそ！Raspberry Pi、Arduino、ESP32 に関する知識を深め、仲間たちと一緒に楽しみましょう。 **参加するメリット** - **専門的なサポート**：購入後の問題や技術的な課題を、コミュニティメンバーやチームのサポートで解決。 - **学びと共有**：ヒントやチュートリアルを交換し、スキルを向上。 - **最新情報の先行公開**：新製品の発表やプレビューをいち早くチェック。 - **特別割引**：最新製品を会員限定の特別価格で購入可能。 - **イベント & プレゼント企画**：プレゼントキャンペーンや季節ごとのプロモーションに参加可能。 👉 一緒にものづくりを楽しみましょう！[|link_sf_facebook|] をクリックして、今すぐ参加！ .. _ar_74hc_led: 5.1 74HC595 シフトレジスタの使用 =========================================================== このレッスンでは、 **74HC595シフトレジスタ** を使用して、Raspberry Pi Pico 2 のわずかな GPIO ピンで複数の LED を制御する方法を学びます。 **74HC595** は、シリアル入力を並列出力に変換することができる集積回路（IC）であり、GPIO ピンが限られている場合に、多数の出力を制御するのに非常に便利です。 **必要なもの** このプロジェクトでは、以下のコンポーネントが必要です。 すべて揃ったキットを購入すると便利です。リンクはこちら： .. list-table:: :widths: 20 20 20 :header-rows: 1 * - 名称 - キットに含まれるアイテム - リンク * - Newton Lab Kit - 450点以上 - |link_newton_lab_kit| 個別に購入する場合は、以下のリンクからどうぞ。 .. list-table:: :widths: 5 20 5 20 :header-rows: 1 * - SN - コンポーネント - 数量 - リンク * - 1 - :ref:`cpn_pico_2` - 1 - |link_pico2_buy| * - 2 - Micro USB ケーブル - 1 - * - 3 - :ref:`cpn_breadboard` - 1 - |link_breadboard_buy| * - 4 - :ref:`cpn_wire` - 数本 - |link_wires_buy| * - 5 - :ref:`cpn_resistor` - 8 (220Ω) - |link_resistor_buy| * - 6 - :ref:`cpn_led` - 8 - |link_led_buy| * - 7 - :ref:`cpn_74hc595` - 1 - |link_74hc595_buy| **74HC595シフトレジスタの仕組み** **74HC595** は、 8ビットのシリアル入力・並列出力 を持つシフトレジスタで、出力ラッチを備えています。 シリアルデータを入力し、並列出力へ変換できるため、Pico の 3 本の GPIO ピンだけで 8 つの出力を制御できます。 **74HC595 の主要ピン：** |img_74jc595_pin| * **DS (Pin 14)**: シリアルデータ入力 * **SHCP (Pin 11)**: シフトレジスタクロック入力 * **STCP (Pin 12)**: ストレージレジスタクロック入力（ラッチピン） * **OE (Pin 13)**: 出力イネーブル（Low アクティブ、GND に接続） * **MR (Pin 10)**: マスターリセット（Low アクティブ、3.3V に接続） * **Q0-Q7 (Pins 15, 1-7)**: 並列出力ピン * **VCC (Pin 16)**: 3.3V に接続 * **GND (Pin 8)**: GND に接続 **回路図** |sch_74hc_led| **配線図** |wiring_74hc_led| **コードの記述** Raspberry Pi Pico からシリアルデータを送信し、74HC595 シフトレジスタを介して LED を順番に点灯させるプログラムを作成します。 .. note:: * ``5.1_microchip_74hc595.ino`` を ``newton-lab-kit/arduino/5.1_microchip_74hc595`` から開くことができます。 * または、このコードを **Arduino IDE** にコピーしてください。 * **Raspberry Pi Pico 2** ボードを選択し、適切なポートを設定して「Upload」をクリックしてください。 .. code-block:: arduino // 74HC595 に接続するピンを定義 const int DS = 0; // GPIO 0 -> DS (Pin 14) const int SHCP = 1; // GPIO 1 -> SHCP (Pin 11) const int STCP = 2; // GPIO 2 -> STCP (Pin 12) // LED を制御するバイナリパターン int datArray[] = { 0b00000000, // All LEDs off 0b00000001, // LED 0 on 0b00000011, // LEDs 0 and 1 on 0b00000111, // LEDs 0, 1, and 2 on 0b00001111, // LEDs 0, 1, 2, and 3 on 0b00011111, // LEDs 0 to 4 on 0b00111111, // LEDs 0 to 5 on 0b01111111, // LEDs 0 to 6 on 0b11111111 // All LEDs on }; void setup() { // Initialize the control pins as outputs pinMode(DS, OUTPUT); pinMode(SHCP, OUTPUT); pinMode(STCP, OUTPUT); } void loop() { // Iterate through each pattern in datArray for (int num = 0; num < 9; num++) { // Set STCP to LOW to prepare for data digitalWrite(STCP, LOW); // Shift out the data to the shift register shiftOut(DS, SHCP, MSBFIRST, datArray[num]); // Set STCP to HIGH to latch the data to the output pins digitalWrite(STCP, HIGH); delay(500); // Wait for half a second before the next pattern } // Turn off all LEDs after the sequence digitalWrite(STCP, LOW); shiftOut(DS, SHCP, MSBFIRST, 0b00000000); digitalWrite(STCP, HIGH); delay(500); } コードをアップロードすると、 ``datArray`` に定義されたパターンに従い、74HC595 に接続された LED が順番に点灯します。 すべての LED が点灯した後、順番に消灯します。 **コードの理解** #. 制御ピンの定義: * ``DS (Data Serial Input)``: シリアルデータを受信 * ``SHCP (Shift Register Clock Input)``: データをシフトレジスタに転送 * ``STCP (Storage Register Clock Input)``: データを出力ピンにラッチ .. code-block:: arduino const int DS = 0; // GPIO 0 -> DS (Pin 14) const int SHCP = 1; // GPIO 1 -> SHCP (Pin 11) const int STCP = 2; // GPIO 2 -> STCP (Pin 12) #. データパターンの作成: * ``datArray`` 配列に、LED を制御するバイナリパターンを格納 * 各ビットが LED の状態を表し、1 で点灯、0 で消灯 .. code-block:: arduino int datArray[] = { 0b00000000, // すべての LED をオフ 0b00000001, // LED 0 をオン 0b00000011, // LED 0, 1 をオン 0b00000111, // LED 0, 1, 2 をオン 0b00001111, // LED 0, 1, 2, 3 をオン 0b00011111, // LED 0 から 4 までをオン 0b00111111, // LED 0 から 5 までをオン 0b01111111, // LED 0 から 6 までをオン 0b11111111 // すべての LED をオン }; #. セットアップ関数: ``DS``, ``SHCP``, ``STCP`` ピンを出力として設定し、シフトレジスタにデータを送信できるようにする。 .. code-block:: arduino void setup() { // Initialize the control pins as outputs pinMode(DS, OUTPUT); pinMode(SHCP, OUTPUT); pinMode(STCP, OUTPUT); } #. ループ関数: ``for`` ループで ``datArray`` 内の各パターンを順番に適用 * データのシフト出力 * ``shiftOut`` で 1 ビットずつデータを送信 * ``MSBFIRST`` を指定し、最上位ビットから送信 .. code-block:: arduino shiftOut(DS, SHCP, MSBFIRST, datArray[num]); * データのラッチ * ``STCP`` を ``LOW`` にしてデータの受信準備 * データ送信後、 ``STCP`` を ``HIGH`` にして出力ピンへ反映 .. code-block:: arduino digitalWrite(STCP, LOW); // shiftOut(...) digitalWrite(STCP, HIGH); * ディレイ処理 ``delay(500);`` で 0.5 秒ごとに LED の状態を更新 * LED の消灯 すべての LED を消灯するために 0b00000000 を送信 .. code-block:: arduino digitalWrite(STCP, LOW); shiftOut(DS, SHCP, MSBFIRST, 0b00000000); digitalWrite(STCP, HIGH); delay(500); **トラブルシューティング** * LED が点灯しない場合 - 配線を再確認 - 74HC595 に電源が供給されているか確認 - Pico の GPIO ピンが正しく接続されているかチェック * LED の動作が異常な場合 - ``datArray`` のバイナリパターンを見直す - LED に適切な抵抗が接続されているか確認 **さらなる発展** * 他のデバイスの制御 74HC595 を使ってリレーやモーターなどを制御可能 * シフトレジスタのカスケード接続 複数の 74HC595 を直列に接続し、出力を拡張 * LED パターンの作成 datArrayを変更して、より複雑な LED アニメーションを作成 * センサーとの統合 センサーと組み合わせて、インタラクティブなシステムを構築 * LED マトリックスの作成 複数のシフトレジスタを使用し、大規模な LED マトリックスを構築 **まとめ** このレッスンでは、Raspberry Pi Pico の 3 本の GPIO ピンを使用し、74HC595 シフトレジスタを介して複数の LED を制御する方法を学びました。 この技術を活用することで、GPIO ピンの使用を最小限に抑えながら、より複雑でインタラクティブな電子工作を実現できます。 シリアルデータを並列出力に変換し、効率的に LED やその他のアクチュエータ、ディスプレイを管理できるようになります。